第4章-水泥与石灰分析.ppt

第四章水泥与石灰,主要内容,硅酸盐水泥,4.1,石灰,4.2,3,2.1.1水泥的基本概念2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分2.1.3硅酸盐水泥的技术性质与技术标准,第一节硅酸盐水泥,2.1.1水泥的基本概念（P145/P161）,水泥是重要的建筑材料之一，发展历史悠久1824年，英国人Aspdin发明了波特兰水泥，并获得专利权，在水泥发展史上具有里程碑意义自此胶凝材料进入了一个崭新的发展时代广泛用于公路工程及其构造物主要用于砂、石材料的胶结或混凝土的生产水泥的水硬性水泥与水混合后，经过一系列的物理化学作用，由可塑性浆体变成坚硬的石状体。既可以在空气中硬化，也可以在水中硬化。所以水泥材料既可以用在地上工程，也可以用在地下工程。,硅酸盐水泥定义：硅酸盐水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高炉矿渣（混合材料）、适量石膏共同磨细得到的一种水硬性胶凝材料。不掺加混合料的称为型硅酸盐水泥，P;掺加不超过5%水泥质量的混合料的称为型硅酸盐水泥，P;普通硅酸盐水泥定义：硅酸盐水泥熟料、6%-15%混合材料、适量石膏共同磨细得到的一种水硬性胶凝材料，代号PO。,2.1.1水泥定义及分类,（1）水泥原料与生料化学组成原料：石灰质原料提供CaO-(C)（63-67%）粘土质原料提供SiO2-(S)（21-24%）Al2O3-(A)（4-7%）Fe2O3-(F)（2-4%）生料配制：确定比例、磨细混合（干法及湿法）生料：各种原料按适当比例配合，在磨机上磨细。干法：原料先烘干后磨细；湿法：原料加水后在磨机中磨成生料浆；水泥生产工艺：“两磨一烧”,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分（P145/P164）,（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的矿物组成及化学成分,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,石灰石磨细1450粘土生料熟料铁矿粉石膏,磨细水泥成品,硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的特点,（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,水化程度：C3AC3SC4AFC2S水化热：C3AC3SC4AFC2S强度早期强度：C3SC3AC4AFC2S后期强度：C3SC2SC3AC4AF硅酸盐水泥的强度主要来自C3S、C2S，因此取名为硅酸盐水泥,（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,干缩性：C3AC3SC4AFC2S耐化学腐蚀性：C4AFC3SC2SC3A,各组分比例不同，水泥技术性质发生相应变化，可根据工程需要，改变组分可制备不同性能的水泥。,硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的特点,（2）硅酸盐水泥熟料的矿物组成,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,（3）水泥中的有害成分及其危害,硅酸盐水泥是一种多种矿物的聚集体,显微镜下观察到的水泥熟料抛光薄片,（4）熟料矿物结构,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,C3S-为光亮的棱角形晶体；C2S-为深色倒圆角的晶体；C3A-一般呈不规则的微晶体，如点滴状、矩形或柱状，由于反光能力弱，在反光镜下呈暗灰色，常称为黑色中间相；C4AF-呈棱柱状或圆粒状，反光能力强，在反光镜下呈亮白色，称为白色中间相。,（4）熟料矿物结构,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,C3S结构特征C3S称为阿利特或A矿，其晶体断面为六角形和棱柱形,（4）熟料矿物结构,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,具有热力学不稳定性；结构中的钙离子具有较高活性；C3S结构中进入了Al3与Mg2离子并形成固溶体，固溶程度越高，活性越大；结构中存在大尺寸的“空穴”，使其具有较大的水化速度。,C2S结构特征C2S称为贝利特或B矿，C2S以-C2S的形式存在,-C2S结构具有热力学不稳定性；-C2S结构中的钙离子具有较高活性；-C2S结构中，杂质和稳定剂的存在提高了其结构活性；-C2S结构中没有大的“空穴”，水化速度较慢。,C3A结构特征C3A在9001100开始形成，11001200时大量生成，且只有当化学成分Al2O3和Fe2O3的重量比大于0.64时才能形成。,（4）熟料矿物结构,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,结构中的铝离子、钙离子具有较高活性；结构中存在较大的“空穴”，水化速度快。,C4AF结构特征C4AF称为才利特或C矿。在透射光下，呈黄褐色或褐色的晶体，有很高的折射率。,高温时形成一种固溶体，在铝原子取代铁原子时引起晶格稳定性降低。,玻璃体水泥熟料中的重要组成部分。组成不固定，主要成分有Al2O3、Fe2O3、CaO以及少量的MgO，是熟料烧纸部分熔融时部分液相冷却时来不及结晶的结果，具有热力学不稳定性。游离CaO及MgO指未与其他矿物结合的以游离状态存在的CaO、MgO。形成原因：配料不当、煅烧不良。作用及危害：少量的MgO，有利于熟料形成；MgO过量，可引起安定性不良。,（4）熟料矿物结构,2.1.2硅酸盐水泥矿物组成及化学成分,细度：水泥颗粒的粗细程度,细度对水泥性能的影响,水化硬化速度（细度，水化）,需水量（细度，需水量）,和易性（细度，和易性）,强度（细度，强度发展）,研究指出：水泥颗粒d75m，水化不完全,（1）物理性质,2.1.3硅酸盐水泥的技术性质与标准（P151/P172）,太细存在的问题,不经济，磨机产量,需水量,保管困难,收缩大，容易开裂，抗冻性,活性,细度：水泥颗粒的粗细程度,（1）物理性质,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,负压筛分仪,细度测试方法,方法一：筛析法,细度测试方法,筛析法方法原理：采用45m方孔标准筛和80m方孔标准筛对水泥试样进行筛析试验，用筛网上所得筛余物的质量百分数来表示水泥样品的细度；负压筛析法：用负压筛析仪，通过负压源产生的恒定气流，在规定筛析时间内使试验筛内的水泥达到筛分。水筛法：将试验筛放在水筛座上，用规定压力的水流，在规定时间内使试验筛内的水泥达到筛分。手工筛析法：将试验筛放在接料盘（底盘）上，用手工按照规定的拍打速度和转动角度，对水泥进行筛析试验。,比表面积仪,GB规定：硅酸盐水泥细度，比表面积300m2/kg其他四大水泥，80m筛上筛余90%不能振动贯入孔间距1cm距孔壁1cm,影响凝结时间的因素,水泥品种,水泥浆体含水量,凝结时间,（1）物理性质,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,GB规定：硅酸盐水泥初凝时间45min终凝时间45min终凝时间5mm，不合格,（1）物理性质,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,测定方法有雷氏夹法和试饼法,标准净浆制成6个试饼湿养24h放入蒸煮箱30min恒沸3h观察,试饼法,（1）物理性质,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,强度测定可将水泥制成,净浆（不能反映对砂石的胶结力）砂浆（国际通用）砼（砂石难以统一，复杂性）,GB规定：采用ISO法评定水泥的强度等级ISO标准砂：由德国标准砂公司制备的SiO2含量不低于98%的天然的圆形硅质砂组成，湿含量小于0.2%。中国ISO标准砂：完全符合ISO标准砂颗粒分布和湿含量规定。可单级分包装，也可混合包装。,（1）强度,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,水泥胶砂强度检验方法（ISO）,Ff,水泥:砂=1:3W/C=0.5小梁4416cm标养至规定龄期(3d,28d)50N/s10N/s,三分点小梁抗折强度Rf,（1）强度,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,抗压强度Rc,取断块进行抗压强度试验,Fc,断块2400N/s200N/s,（1）强度,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,水泥型号：普通型和早强型(R)R型，3dRc提高1024%，达同等普通型的50%路面尽量选用R型，减小养护，提早通车强度等级：按规定龄期的Rc和Rf划分，按28dRc命名,（2）强度,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,硅酸盐水泥的强度指标要求,（2）强度,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,（3）技术标准,2.3.4硅酸盐水泥的技术性质与标准,硅酸盐水泥技术标准,GB175-2007规定：凡氧化镁、烧失量、不溶物、三氧化硫、凝结时间、安定性和强度任一指标不符合要求，即为不合格不合格水泥严禁在工程中使用。,40,2.2.1原料及组成2.2.2水化及强度形成机理2.2.3技术性质及标准,第二节石灰,P164/P182,（1）石灰原材料及烧制用于烧制石灰的原料是富含碳酸钙的一类物质，如石灰石、白云石等。加工成一定规格的原料在石灰窑中高温加热，通过化学反应，烧制成生石灰，其中的化学反应式可表示为：烧制过程中，由于石灰窑炉温偏差或波动，造成窑内温度过高过温度偏低，温度过高时烧成过烧石灰，而偏低则烧成欠火石灰.,2.2.1原料及组成,石灰石,白云石,贝壳,石灰产品种类有：块状生石灰生石灰粉熟石灰粉由于石灰仅能够在空气中在水的参与下凝结硬化，而不能在水中硬化，所以称石灰为气硬性胶凝材料.,2.2.1石灰产品,生石灰块,生石灰粉,消石灰粉,石灰加水，通过水化反应由生石灰转化为熟石灰，这一过程称为石灰的消化。该过程用化学式可表示为：由于过烧石灰在日后的凝结硬化滞后带来的消极影响，消化后的石灰往往要“陈伏”一段时间，用于消除过烧石灰造成的危害，陈伏时间通常大约为15d左后.,石灰的消解,2.2.2石灰的水化及强度形成机理,石灰的硬化石灰的干燥结晶硬化：随着石灰中水分的蒸发损失，石灰逐渐形成结晶体，晶体状石灰的水溶性明显降低，形成晶体硬化。石灰的碳酸化：石灰在水的参与下，与空气中的CO2作用，形成碳酸钙。新的产物具有显著的水不溶性，起着胶凝和硬化的作用。,2.2.2石灰的水化及强度形成机理,2.2.3石灰的技术性质及其标准,残渣量,细度,含水量,有效钙镁含量,二氧化碳含量,物理性质,化学性质,石灰主要技术性质,2.2.3石灰的技术性质及其标准,石灰发挥无机胶凝效果取决于石灰中的有氧化钙和有效氧化镁，这类氧化物含量越高，石灰的质量越好；石灰中钙和镁物质并非都具有胶凝功能，只有那些游离的（独立存在的）氧化钙和氧化镁才能发挥这样的作用，所以称之为有效钙镁；准确的有效钙镁含量可以采取化学分析的方法进行测定.,2.2.3石灰的技术性质及其标准,酚酞指示剂,石灰有效钙镁含量检测方法采用的是酸碱滴定法，也就是利用已知浓度的盐酸（HCl）与一定数量的石灰进行反应，根据反应过程中所消耗的盐酸量(ml)，通过计算得出石灰中有效钙镁含量；,含量检测原理,结果计算,式中：N盐酸当量浓度；V滴定终点盐酸消耗量（ml）;W测定时所用石灰质量（g